传像束光纤在望远瞄准镜中角分辨率的计算方法

研究了传像束光纤加装在望远瞄准镜中的应用。迄今为止,有关这些方面的研究尚未完善。提出了在望远瞄准镜中传像束光纤角分辨率的定义,建立了角分辨率的数学模型,描述了采用角分辨率来确定在望远瞄准镜中传像束光纤所需截面大小的定量计算方法,结果说明了传像束光纤截面大小与传像束光纤角分辨率、光纤排列及视场等因素的关系。实例计算了一种望远瞄准镜匹配光纤进行传像所得的各项光纤传像系统结构数据,计算数据基本与生产实际相符合。     

推扫式红外光纤传像光学系统研究

针对推扫式红外遥感成像技术在高分辨对地观测领域的重要地位,结合我国红外遥感技术发展现状和长线阵红外探测器技术水平,研究了利用线面转换的异型红外光纤传像束线阵端实现推扫,面阵端与成熟的小面阵红外探测器耦合以获得高分辨红外遥感图像的光纤传像系统.分析了该红外光纤传像系统前置物镜和耦接镜设计中的主要问题,并针对一种入射端为4 000×6元线阵,出射端为160×150元面阵的红外光纤传像束设计了前置物镜系统和后继耦接镜系统.引入平均传递函数的方法对整体光学系统的MTF进行了模拟评价,模拟结果显示整体光学系统成像良好,两系统的成像性能皆达到衍射极限,满足光纤传像系统的特殊要求,可为该类光纤传像系统的设计提供参考.     

光纤成像光谱仪中谱线畸变对调制传递函数的影响

将光纤传像束应用到色散型成像光谱仪中取代其狭缝,链接望远系统和光谱仪组成光纤成像光谱仪。它是二重采样系统,光谱仪的谱线畸变使光纤束采样像元的像与探测器像元之间产生对准偏差,从而对第二次采样过程产生影响,导致调制传递函数(MTF)下降。从线扩散函数角度出发推导出采样过程光学传递函数,分析了谱线畸变对系统MTF的影响,建立了一套评价光纤成像光谱仪MTF的模型。该模型比狭缝型成像光谱仪MTF计算模型多了一项光纤积分MTF因子和一项由谱线畸变引起的对准偏差MTF因子,最后用该模型评价了某机载可见近红外波段光纤成像光谱仪MTF。MTF计算模型的推导和建立方法对计算二重采样系统光学传递函数有参考意义,能指导光纤成像光谱仪的设计。     

异型传像光纤束在光电探测系统中的应用

传像光纤束在通讯、医疗、军事、光电探测等领域具有广泛的应用,光电系统与传像光纤束相结合可以简化系统设计,增加系统的灵活性。异型传像光纤束可以实现信号排列的传输变换,其中最常见的变换是图像重组,重组后的图像通过光电探测器将信号读出,送入后端信号处理系统获得目标信号。从空间应用红外光谱仪、高帧频火焰温度探测和光电成像探测三个系统中异型传像光纤束实际应用出发,对异型传像光纤束进行了简要的介绍。     

锥形光纤装置研究

基于锥形光纤制造过程的复杂性及其传像束的传输性能,利用微机与步进电机相结合,同时控制常用的双坩埚光纤拉丝机出丝管口的直径大小和鼓轮转速快慢,实现了数控拉制1 m长锥形光纤的新方法,并且集束制作出了两种两端不同半径比的锥形光纤传像束.与常用的增大鼓轮体积的方法相比,该装置具有体积小,便于操作,两端半径比可自由控制,断丝率低等特点.分析了这两种锥形光纤传像束的模式损耗。     

异型传像光纤束在光电探测系统中的应用

传像光纤束在通讯、医疗、军事、光电探测等领域具有广泛的应用,光电系统与传像光纤束相结合可以简化系统设计,增加系统的灵活性。异型传像光纤柬可以实现信号排列的传输变换,其中最常见的变换是图像重组,重组后的图像通过光电探测器将信号读出,送入后端信号处理系统获得目标信号。从空间应用红外光谱仪、高帧频火焰温度探测和光电成像探测三个系统中异型传像光纤束实际应用出发,对异型传像光纤束进行了简要的介绍。     

强电磁干扰环境下光纤束传像系统的设计研究

为解决电磁辐射干扰环境中图像稳定传输的问题，设计并开发了具有抗强电磁干扰能力的光纤束传像系统。利用ZEMAX光学设计软件，对传像系统中前置物镜和后置目镜分别进行了设计，并根据物镜和目镜的初始像差分布情况，利用优化函数，结合各种操作数，对系统的像差进一步优化。优化结果表明，物镜各视场的光学调制传递函数（MTF）值在空间频率为38 lp/mm处大于0.85，目镜各视场的MTF值在空间频率为120 lp/mm处大于0.3，具有较高的成像质量。针对选用的物镜、目镜、光纤束及CCD的结构特点，设计并制备出系统连接的耦合器件，并搭建了一套传像系统，进行图像传输实验。对系统的成像质量以及影响因素进行分析，采用Gamma算法提高像面亮度，获得了高质量的传输图像。     

面阵光纤传像束与面阵CCD的像元耦合调制传递函数特性

高分辨率成像光纤传像束制备工艺的进步使得传统高性能光电成像仪器具备柔性,并且使仪器的体积和重量大幅减小。面阵光纤传像束和面阵CCD间的像元耦合离散采样效应,导致了传统成像质量评价模型的局限性。从光强度呈余弦分布的光信号在面阵光纤传像束和面阵CCD中的传递过程出发,建立了耦合离散采样系统的耦合调制传递函数(Coupled-MTF)模型,研究了Coupled-MTF的收敛特性及其随像元耦合误差的变化规律等。研究表明,若输入信号的空间频率与奈奎斯特频率的偏差为1%,当阵列中包含的像元总数超过1000时,Coupled-MTF振荡收敛为固定值。输入信号的空间频率与奈奎斯特频率的偏差越小,Coupled-MTF振荡收敛的速度越慢。Coupled-MTF的振荡幅值在弧失和子午方向不同,且与各自方向的像元耦合误差有关。Coupled-MTF随面阵光纤传像束与面阵CCD间的像元耦合误差周期振荡,理论上振荡周期为包层直径。在奈奎斯特频率及其分频附近的频域,Coupled-MTF在给定空间频率处不为固定值。上述特性有别于传统空不变成像系统的调制传递函数。     

光纤传光束敛集率及其填充率的计算

采用二种方式推算了光纤采用六边形排列配用圆形端套光纤传光束的理论敛集率,其值为90.69%,这一值同光纤采用六边形排列配用长方形端套的传光束理论敛集率一致.而单根粗直径聚合物光纤和液芯光纤配用圆形端套制作的光纤传光束,其敛集率为100%,在可见光或紫外光范围内,选用单根粗直径聚合物光纤或液芯光纤传光束具有更多的优势.分析了皮层的厚度对光纤传光束或传像束填充率的影响,当光纤半径低于250 μm时,皮层厚度对细直径光纤传光束或传像束填充率影响明显,而当光纤半径大于等于500 μm,皮层厚度的影响相对较小.     

序排列光纤传像束光特性的测量研究

目前，柔软光纤显微镜已广泛应用于工业，医学等领域，光纤显微镜的光学特性，取决于其核心元件“光纤传像束”的光不质量。迄今为止，有关这方面的研究尚未完善，据此，本文报道了我们最新的关于序排列柔软光纤传像束光特性的理论分析和实验研究结果。     

酸溶法光纤传像束材料匹配性设计

为使光纤传像束具有良好的传光、传像性能,需要对原始材料的匹配性进行优化设计.本文引入PbO等阳离子半径大的材料作纤芯,用低折射率SiO2和B2O3材料作包层,选择BaO等酸溶速率高的材料作为酸溶层,研究了纤芯、包层和酸溶层玻璃材料之间物化性能和光学性能的匹配性.通过差热分析和光谱透过率等多种实验手段,对这三种玻璃材料的光学和热学性能进行了测试和分析,优化设计出了酸溶法光纤传像束所需要的原料配方.结果表明:在纤芯、包层和酸溶玻璃材料中分别引入质量分数为45%PbO、60% SiO2和40%（B2O3 +BaO）以上时,酸溶法光纤传像束材料的匹配性最佳,该研究和设计对高质量光纤传像束的制备和应用具有重要意义.     

光纤望远系统束端面垂直度对成像效果的影响

针对光纤望远系统中大截面光纤传像端面垂直度误差,分析了像束出射端光通量分布状态的变化。结合实际的光纤望远系统,阐明了像束端面垂直度对整个系统成像效果主要参数－系统透过率的影响原因。     

酸溶法细径柔性传像光纤的制备及其表征

酸溶法传像光纤材料具有单丝直径细、柔软性能好、分辨率高等优点,在高清晰度光纤成像仪器和工业自动化检测等领域有着广阔的应用前景.本文从基质玻璃材料入手,开展了物化性能相互匹配的高光学质量预制棒管的制备、拉排丝以及硬质传像光纤的酸溶试验;对柔性传像光纤的分辨率、光谱透过率以及暗丝等进行了分析与表征.实验结果表明,该材料的制备过程突破了传统传像光纤的生产工艺,实现了传像光纤的结构与工艺创新.     

酸溶法细径柔性传像光纤的制备及其表征

酸溶法传像光纤材料具有单丝直径细、柔软性能好、分辨率高等优点,在高清晰度光纤成像仪器和工业自动化检测等领域有着广阔的应用前景.本文从基质玻璃材料入手,开展了物化性能相互匹配的高光学质量预制棒管的制备、拉排丝以及硬质传像光纤的酸溶试验;对柔性传像光纤的分辨率、光谱透过率以及暗丝等进行了分析与表征.实验结果表明,该材料的制备过程突破了传统传像光纤的生产工艺,实现了传像光纤的结构与工艺创新.     

相干光纤传象束串象性质分析

本文报道了关于相干柔软光纤传象束(FIB)串象特性的研究.提出一种采用定标的光学视频系统定量测量相干柔软光纤传象束串象率的新方法.在光纤传象束的输入端,借助高精度的光学耦合系统,使光线仅对单根光纤输入耦合,而在传象束的输出端,由CCD阵列相机对被激光纤作大面积范围的检测.并且,测量了光纤传象束的静态调制传函数(MTF),用于描述串象率对传象束传象特性的影响,比较了多种传象束样品的测量结果.     

As—S玻璃红外光纤传像束

介绍用Ａｓ－Ｓ芯包光行制备１－６μｍ波段应用的红外光纤传像束,该传像束与热像仪连接,得到一组人体面部的热像照片,同时测试和评估红外不纤传像束的特性。     

微型光纤传像束内窥镜的物镜设计

根据微型纤维软镜小尺寸、大视场的要求, 分析其设计准则, 采用"负-正"型反远距物镜作为初始结构, 确定其为像方远心光学系统。通过理论计算和Zemax光学仿真软件的不断优化, 最终设计出了一个工作波段在0.48 μm~0.65 μm, 焦距为0.37 mm, 全视场90°, 相对孔径为1:4的微型光纤传像束内窥镜物镜。该物镜由4片透镜组成, 包括1片负透镜、1片正透镜和1片双胶合透镜。设计结果表明:镜头总长3.89 mm, 最大横截面直径0.95 mm, 满足像方远心光学系统的初始设计要求, 在奈奎斯特空间频率77 lp/mm处的调制传递函数(MTF)近似为0.7, 接近衍射极限, 并且具有小尺寸、大视场、像质优良、结构合理、像面光照强度均匀等特点, 符合微型纤维式内窥镜的使用条件。     

酸溶法光纤传像束酸溶工艺的研究

在实验的基础上给出了酸溶玻璃的基本组成、制备工艺及性能参数,论述了酸溶法光纤传像束酸溶机理,酸溶工艺及影响像束酸溶的一些因素。实验结果表明,选用合适的酸溶液,控制好酸的浓度、温度和时间的量化关系,对于降低传像束的断丝率,提高传像束的性能及其良品率,具有非常明显的效果。     

低照度成像组件的最小可分辨率对比度测量及其作用距离模拟

搭建了一套光电成像系统的最小可分辨对比度测试实验系统,并对MTV-1881-EX型低照度CCD和NOCTURN XL型超低照度CMOS成像系统的最小可分辨对比度进行了测量,分析了对应两款低照度成像组件在相同焦距、相同瞬时视场、相同视场条件下的作用距离,结果表明:1)超低照度CMOS成像组件具有更好的低照度成像质量;2)基于最小可分辨对比度的作用距离模型由于考虑了系统信噪比、调制传递函数和景物对比度等因素,可更有效地预测光电成像系统的作用距离;3)在相同瞬时视场或成像视场条件下,超低照度CMOS成像系统具有更佳的作用距离.本文方法对于拓展基于最小可分辨对比度的光电成像系统作用距离模型的应用具有重要的作用.     

EMCCD侦察探测装置光学系统设计

为了满足EMCCD侦察探测装置的实际使用要求,设计了一个三视场光学系统。系统采用EMCCD接收,像元尺寸为16 m16 m 。通过对比4种成像系统结构形式的优缺点,选定三视场光学系统的初始结构形式,运用CODEV软件对其进行优化,实现600 nm～850 nm波段范围内三视场光学系统成像。设计结果表明,三视场光学系统的传递函数MTF在35 lp/mm频率处均大于0.5,点列斑直径均小于像元尺寸,畸变均小于0.2%,成像对比度满足使用要求。